KR100901526B1 - 수평 열전도 시트 및 그 제조 방법 - Google Patents

수평 열전도 시트 및 그 제조 방법

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KR100901526B1
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Abstract

본 발명은 (a) 아크릴 점착제층 (10); (b) i) 아크릴, 우레탄, 실리콘 또는 폴리에스테르 수지와, ii) 알루미나, 구리, 은, 그래파이트, 마그네시아 및 질화규소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 플레이크 타입(flake type) 열전도성 분말을 포함하는 수평 열전도 시트층 (20); 및 (c) PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 단면 테이프층 또는 PET 필름층 (30)을 포함하고, 상기 아크릴 점착제층 (10) 상에 상기 수평 열전도 시트층 (20)이 적층되어 있으며, 상기 수평 열전도 시트층 (20) 상에 상기 PET 단면 테이프층 또는 PET 필름층 (30)이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 롤 타입의 수평 열전도 시트에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 롤 타입의 수평 열전도 시트의 제조 방법으로서, (a) 아크릴, 우레탄, 실리콘 또는 폴리에스테르 수지를 플래너터리 믹서(planetary mixer)로 교반하면서 톨루엔 용제를 첨가한 후, 알루미나, 구리, 은, 그래파이트, 마그네시아 및 질화규소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 플레이크 타입(flake type) 열전도성 분말을 소량씩 첨가하면서 교반한 다음, 가교제, 산화 방지제, 가소제, 난연제, 침강 방지제, 증점제, 소포제, 착색제, 정전기 방지제 및 표면처리제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 첨가하여, 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 조제하는 단계; (b) 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 1시간 내지 2시간 동안 교반한 후, 기포가 발생하지 않도록 탈포하는 단계; (c) 콤마 코터(comma coater)를 이용하여, PET 이형 필름 상에 상기 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 캐스팅(casting)하는 단계; (d) 수평 열전도 시트의 상면에 아크릴 점착제를 합지하는 단계; 및 (e) PET 이형 필름을 제거함과 동시에 PET 단면 테이프를 합지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수평 열전도 시트는 상하(수직)가 아닌 수평으로 열을 전달하여 열을 효율적으로 제거할 수 있기 때문에, 노트북, 휴대폰 등의 전자 및 통신 기기의 경박단소화 추세에 부응할 수 있다는 장점이 있다.

Description

수평 열전도 시트 및 그 제조 방법{IN-PLANE THERMAL CONDUCTIVE SHEET AND A METHOD FOR PRODUCTION OF THE SAME}
본 발명은 상하(수직)가 아닌 수평으로 열을 전달하여 열을 효율적으로 제거할 수 있는 수평 열전도 시트 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 (a) 아크릴 점착제층; (b) i) 아크릴, 우레탄, 실리콘 또는 폴리에스테르 수지와, ii) 알루미나, 구리, 은, 그래파이트, 마그네시아 및 질화규소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 플레이크 타입(flake type) 열전도성 분말을 포함하는 수평 열전도 시트층; 및 (c) PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 단면 테이프층을 포함하는 롤 타입의 수평 열전도 시트에 관한 것이다.
노트북, 휴대폰 등과 같은 전자 및 통신 기기 내부에는 열을 발생시킬 수 있는 특정 설비가 위 아래로 배치되어 있는 경우가 많다. 따라서, 종래의 상하(수직) 열전도 시트만으로는 열을 효율적으로 제거하기 어려운 문제가 있었다.
한국 공개특허공보 제2007-0029795호에는 「결합제 성분, 변성 액상 올레핀, 및 산화 금속 및 수산화 금속으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 열 전도성 충전재를 함유하는 열 전도성 시트」가 기재되어 있으나, 이 열전도성 시트는 성형성 및 유연성이 양호하고 표면 오염과 악취의 발생을 억제하는 효과가 있을지언정, 수평으로 열을 전달하는 것과는 전혀 무관한 것이다.
한국 공개특허공보 제2006-0075246호에는 「(a) 열전도성이 0.3 W/m-K 이하인 열가소성 수지 제1층; 및 (b) 상기 제1층 (a)에 접하며 열전도성이 1∼10 W/m-K인 열전도성 수지 제2층으로 이루어져 있으며, 상기 열전도성 수지 제2층 (b)의 두께는 전체 수지 다층 시트 두께의 50∼90%인 것을 특징으로 하는 열전도성 다층 시트」가 기재되어 있으나, 이 열전도성 다층 시트는 성형성, 기계적 물성 및 다양한 색상을 유지하면서 상하 열전도성이 우수할지언정, 수평 열전도성 향상과는 무관한 것입니다.
이에 본 발명자들은 예의 연구한 끝에, 알루미나, 구리, 은, 그래파이트, 마그네시아, 질화규소 및 이들의 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 플레이크 타입(flake type)의 열전도성 분말을 이용하여 수평 방향의 열전도성을 향상시키고, PET 단면 테이프를 이용하여 상하 열전도를 억제하면서 시트를 보호하면, 노트북, 휴대폰 등과 같은 전자 및 통신 기기 내부에서 발생되는 열을 효율적으로 제거할 수 있다는 것을 밝혀 내었다.
상하(수직)가 아닌 수평으로 열을 전달하여 열을 효율적으로 제거할 수 있기 때문에, 노트북, 휴대폰 등의 전자 및 통신 기기의 경박단소화 추세에 부응할 수 있는 수평 열전도 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 (a) 아크릴 점착제층 (10); (b) i) 아크릴, 우레탄, 실리콘 또는 폴리에스테르 수지와, ii) 알루미나, 구리, 은, 그래파이트, 마그네시아 및 질화규소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 플레이크 타입(flake type) 열전도성 분말을 포함하는 수평 열전도 시트층 (20); 및 (c) PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 단면 테이프층 또는 PET 필름층을 포함하고, 상기 아크릴 점착제층 (10) 상에 상기 수평 열전도 시트층 (20)이 적층되어 있으며, 상기 수평 열전도 시트층 (20) 상에 상기 PET 단면 테이프층 또는 PET 필름층 (30)이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 롤 타입 (roll type)의 수평 열전도 시트를 제공한다.
아크릴 점착제층 (10)은 그 두께가 25∼30㎛인 것이 바람직한데, 25㎛보다 얇으면 점착력이 약하여 제품이 떨어져 나갈 우려가 있으며, 30㎛보다 두꺼우면 효율적인 열전도가 어렵기 때문이다.
수평 열전도 시트층 (20)은 그 두께가 20∼100㎛인 것이 바람직한데, 20㎛보다 얇으면 시트가 찢어질 우려가 있으며, 100㎛보다 두꺼우면 기포가 발생할 수 있을 뿐만 아니라 경화시 시트 표면이 균일하지 않을 수 있다. 수평 열전도 시트층에 포함되는 열전도성 분말은 알루미나, 구리, 은, 그래파이트, 마그네시아 및 질화규소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 플레이크 타입(flake type) 열전도성 분말인 것이 바람직하다. 종래의 상하(수직) 열전도 시트에 사용되는 과립 타입의 열전도성 분말은 수평으로 열 전달을 하는데 한계가 있으나, 본 발명에 사용되는 플레이크 타입의 열전도성 분말은 수평 방향의 열 전달을 효율적으로 수행할 수 있다. 플레이크 타입의 열전도성 분말은 입도가 0㎛ 초과 10㎛ 이하인 것이 바람직한데, 입도가 10㎛를 초과하는 경우에는 시트 표면이 거칠어질 수 있고, 따라서 제품 성능이 저하되기 때문이다. 
PET 단면 테이프층 또는 PET 필름층 (30)은 상하 열전도를 억제하면서 수평 열전도 시트층을 보호하는 역할을 하며, 그 두께는 15∼20㎛인 것이 바람직하다. PET 단면 테이프층 또는 PET 필름층의 두께가 15㎛보다 얇으면 상하 열전도를 억제하는데 한계가 있으며, 20㎛보다 두꺼운 경우에는 롤 타입의 시트를 생산하기 어렵다.
또한, 본 발명은 롤 타입의 수평 열전도 시트의 제조 방법으로서, (a) 아크릴, 우레탄, 실리콘 또는 폴리에스테르 수지를 플래너터리 믹서(planetary mixer)로 교반하면서 톨루엔 용제를 첨가한 후, 알루미나, 구리, 은, 그래파이트, 마그네시아 및 질화규소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 플레이크 타입(flake type) 열전도성 분말을 소량씩 첨가하면서 교반한 다음, 가교제, 산화 방지제, 가소제, 난연제, 침강 방지제, 증점제, 소포제, 착색제, 정전기 방지제 및 표면처리제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 첨가하여, 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 조제하는 단계; (b) 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 1시간 내지 2시간 동안 교반한 후, 기포가 발생하지 않도록 탈포하는 단계; (c) 콤마 코터(comma coater)를 이용하여, PET 이형 필름 상에 상기 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 캐스팅(casting)하는 단계; (d) 수평 열전도 시트의 상면에 아크릴 점착제를 합지하는 단계; 및 (e) PET 이형 필름을 제거함과 동시에 PET 단면 테이프를 합지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다. 대안으로, 본 발명은 롤 타입의 수평 열전도 시트의 제조 방법으로서, (a) 아크릴, 우레탄, 실리콘 또는 폴리에스테르 수지를 플래너터리 믹서(planetary mixer)로 교반하면서 톨루엔 용제를 첨가한 후, 알루미나, 구리, 은, 그래파이트, 마그네시아 및 질화규소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 플레이크 타입(flake type) 열전도성 분말을 소량씩 첨가하면서 교반한 다음, 가교제, 산화 방지제, 가소제, 난연제, 침강 방지제, 증점제, 소포제, 착색제, 정전기 방지제 및 표면처리제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 첨가하여, 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 조제하는 단계; (b) 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 1시간 내지 2시간 동안 교반한 후, 기포가 발생하지 않도록 탈포하는 단계; (c) 콤마 코터(comma coater)를 이용하여, 이형 처리되지 않은 PET 필름 상에 상기 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 캐스팅(casting)하는 단계; 및 (d) 수평 열전도 시트의 상면에 아크릴 점착제를 합지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
수평 열전도 시트용 액상 조성물은 상기 아크릴, 우레탄, 실리콘 또는 폴리에스테르 수지 30∼50 중량%, 상기 톨루엔 용제 20∼40 중량%, 상기 플레이크 타입의 열전도성 분말 20∼40 중량% 및 상기 첨가제 0.1∼5 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
플레이크 타입의 열전도성 분말은 입도가 0㎛ 초과 10㎛ 이하인 것이 바람직하며, 입도가 5㎛인 것의 고형분 함량이 30∼60%이고 입도가 10㎛인 것의 고형분 함량이 10∼40%인 것이 보다 바람직하다.
한편, 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 PET 이형 필름 상에 캐스팅하는 것이 아니라 PET 필름 상에 직접 캐스팅하여 PET 이형 필름을 제거하고 PET 단면 테이프를 합지하는 공정을 하나의 공정으로 단순화시킬 수도 있다. 이 경우, PET 필름에 프라이머 처리 또는 기타 다른 처리(예컨대, PET 필름에 격자 모양을 내어 표면 점착력을 강화시키는 것)를 하는 것이 바람직하다. 사용되는 PET 필름은 그 두께가 15∼20㎛인 것이 바람직하다.
ASTM d 5470 방법에 따라 본 발명의 롤 타입의 수평 열전도 시트의 수평 열전도도를 측정한 결과는 하기 표 1에 나타나 있는 바와 같다.
플레이크 타입의 열전도성 분말의 입도 및 고형분 함량 수평 열전도 시트의 수평 열전도도 (W/m·K)
5㎛-40% 0.8
5㎛-60% 1.2
5㎛-80% 1.5
5㎛-60% + 10㎛-20% 1.8
5㎛-30% + 10㎛-40% 1.6
본 발명에 따른 수평 열전도 시트는 상하(수직)가 아닌 수평으로 열을 전달하여 열을 효율적으로 제거할 수 있기 때문에, 노트북, 휴대폰 등의 전자 및 통신 기기의 경박단소화 추세에 부응할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 롤 타입의 수평 열전도 시트를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 수평 열전도 시트의 제조를 위한 공정도이다.
도 3은 종래의 상하 열전도 시트에 있어서의 열전도성 분말의 형태와 상하(수직) 열전달 원리를 도시한 것이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 수평 열전도 시트에 있어서의 열전도성 분말의 형태와 수평 열전달 원리를 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 아크릴 점착제층
20: 수평 열전도 시트층
30: PET 단면 테이프층 또는 PET 필름층
하기 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 범주가 하기 실시예에 국한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 첨부된 특허청구범위에 기재된 사항으로부터 도출되는 기술적 사상의 범위 내에서 하기 실시예의 다양한 변형, 수정 및 응용이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
실시예
우레탄 수지 45 중량%를 플래너터리 믹서(planetary mixer)로 교반하면서 톨루엔 용제 30 중량%를 첨가한 후, 알루미나와 그래파이트의 혼합물로 구성된 플레이크 타입(flake type)의 열전도성 분말 23 중량%를 소량씩 첨가하면서 교반하였다 . 이 때, 상기 알루미나와 그래파이트의 혼합물로 구성된 플레이크 타입의 열전도성 분말은 입도가 5㎛인 것의 고형분 함량이 60%이고, 입도가 10㎛인 것의 고형분 함량이 20%이었다. 이어서, 가교제, 산화 방지제, 가소제, 난연제, 침강 방지제, 증점제, 소포제, 착색제, 정전기 방지제 및 표면처리제를 비롯한 각종 첨가제 2 중량%를 첨가하여, 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 조제하였다. 이어서, 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 1시간 내지 2시간 동안 교반한 후, 기포가 발생하지 않도록 탈포하였다. 이어서 , 콤마 코터(comma coater)를 이용하여, PET 이형 필름 상에 상기 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 캐스팅(casting)하였다. 이 때, 처음에는 우레탄의 평균 경화 온도보다 낮은 온도로, 중간에는 우레탄의 평균 경화 온도로, 그리고 마지막에는 우레탄의 평균 경화 온도보다 높은 온도로 콤마 코트의 내부 온도를 설정하여 경화시켰다. 이어서, 수평 열전도 시트의 상면에 아크릴 점착제를 합지하였다. 이어서, PET 이형 필름을 제거함과 동시에 PET 단면 테이프를 합지함으로써, 롤 타입의 수평 열전도 시트를 수득하였다. 롤 타입의 수평 열전도 시트에 있어서, 아크릴 점착제층의 두께는 30㎛이고, 상기 수평 열전도 시트층의 두께는 100㎛이며, 상기 PET 단면 테이프층의 두께는 20㎛이었다.
ASTM d 5470 방법에 따라 측정한, 롤 타입의 수평 열전도 시트의 수평 열전도는 1.8 W/m·K이었다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 롤 타입의 수평 열전도 시트의 제조 방법으로서,
    (a) 아크릴, 우레탄, 실리콘 또는 폴리에스테르 수지를 플래너터리 믹서(planetary mixer)로 교반하면서 톨루엔 용제를 첨가한 후, 알루미나, 구리, 은, 그래파이트, 마그네시아 및 질화규소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 플레이크 타입(flake type) 열전도성 분말을 소량씩 첨가하면서 교반한 다음, 가교제, 산화 방지제, 가소제, 난연제, 침강 방지제, 증점제, 소포제, 착색제, 정전기 방지제 및 표면처리제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 첨가하여, 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 조제하는 단계;
    (b) 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 1시간 내지 2시간 동안 교반한 후, 기포가 발생하지 않도록 탈포하는 단계;
    (c) 콤마 코터(comma coater)를 이용하여, PET 이형 필름 상에 상기 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 캐스팅(casting)하는 단계;
    (d) 수평 열전도 시트의 상면에 아크릴 점착제를 합지하는 단계; 및
    (e) PET 이형 필름을 제거함과 동시에 PET 단면 테이프를 합지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 롤 타입의 수평 열전도 시트의 제조 방법으로서,
    (a) 아크릴, 우레탄, 실리콘 또는 폴리에스테르 수지를 플래너터리 믹서(planetary mixer)로 교반하면서 톨루엔 용제를 첨가한 후, 알루미나, 구리, 은, 그래파이트, 마그네시아 및 질화규소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 플레이크 타입(flake type) 열전도성 분말을 소량씩 첨가하면서 교반한 다음, 가교제, 산화 방지제, 가소제, 난연제, 침강 방지제, 증점제, 소포제, 착색제, 정전기 방지제 및 표면처리제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 첨가하여, 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 조제하는 단계;
    (b) 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 1시간 내지 2시간 동안 교반한 후, 기포가 발생하지 않도록 탈포하는 단계;
    (c) 콤마 코터(comma coater)를 이용하여, 이형 처리되지 않은 PET 필름 상에 상기 수평 열전도 시트용 액상 조성물을 캐스팅(casting)하는 단계; 및
    (d) 수평 열전도 시트의 상면에 아크릴 점착제를 합지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 수평 열전도 시트용 액상 조성물은 상기 아크릴, 우레탄, 실리콘 또는 폴리에스테르 수지 30∼50 중량%, 상기 톨루엔 용제 20∼40 중량%, 상기 플레이크 타입의 열전도성 분말 20∼40 중량% 및 상기 첨가제 0.1∼5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 플레이크 타입의 열전도성 분말은 입도가 5㎛인 것의 고형분 함량이 30∼60%이고, 입도가 10㎛인 것의 고형분 함량이 10∼40%인 것을 특징으로 하는 방법.
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